不同品種枸杞子營養成分分析及評價

王益民，張 珂，許飛華，王 玉，任曉衛，張寶琳

（1.蘭州大學公共衛生學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730020）

不同品種枸杞子營養成分分析及評價

王益民1，張 珂1，許飛華1，王 玉1，任曉衛1，張寶琳2

（1.蘭州大學公共衛生學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730020）

測定10個枸杞品種枸杞子的3項外觀指標（干果百粒質量、干果果形指數、鮮干果比）和7種營養物質含量（甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物），進行10項品質指標的聚類分析和基于主成分分析的枸杞綜合品質評價。結果顯示：不同品種的枸杞子品質指標存在差異，但變異程度較低。10個枸杞品種可聚為4類，扁果枸杞聚為一類；0901、寧杞4號、寧杞7號聚為一類；蒙杞1號聚為一類；其他5個品種聚為一類。主成分分析中，將10項品質指標簡化成4個主成分，其累積方差貢獻率為85.87%，反映了枸杞品質的絕大部分信息；評價出0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號4個品種的營養品質較高。

枸杞；聚類分析；主成分分析；品質評價

枸杞子為茄科植物寧夏枸杞（Lycium barbarum L.）多年生落葉灌木的干燥成熟果實[1]，是名貴的中藥材和保健品，具有抗腫瘤、防衰老、降血脂、抗氧化、增加造血等方面的功效[2-6]，在我國的保健業和醫藥業方面占據了重要地位[7]。目前我國枸杞的幾大產區，絕大多數栽培品種均引自寧夏枸杞（L. barbarum）系列品種[8-13]，這些品種的培育方法主要是從寧夏枸杞栽培品種中利用自然變異選擇突變單株、通過扦插擴大繁殖[14-17]，這樣導致了枸杞新品種遺傳多樣性的降低。這些栽培品種間果實品質、營養及藥效有無差異，對存在的差異如何開發利用等，需要開展實驗研究。

枸杞的果品品質分外觀品質和內在品質兩方面，其中百粒質量、果形指數、鮮干果比、色澤等為果實外觀品質，決定著果實的商品性；甜菜堿、枸杞多糖、黃酮、氨基酸、VC、總糖等為果實的內在品質，決定著果實的營養及藥用性，其含量是評價食品和中藥藥材品質的一項重要指標。本研究對同一栽培地點的10個品種枸杞子的果實百粒質量、果形指數、鮮干果比3項外觀品質和甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、VC、蛋白質氨基酸組成（以下簡稱氨基酸）、可溶性固形物等7項內在營養物質進行測定和評價，研究各品種間枸杞子有效成分的含量差異，以期提高對枸杞子的利用效率，為構建枸杞子的食物成分數據庫提供資料，為進一步選育枸杞優良品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

10個不同枸杞品種的果實，即枸杞子，分別為寧杞4號、0901、寧杞7號、07-02、蒙杞1號、扁果枸杞、寧杞5號、寧杞3號、寧杞1號和先鋒1號，種植于甘肅景電灌區的枸杞試驗田中。各品種樹齡相同，樹體大小相似，品種純正。

葡萄糖和甜菜堿對照品 美國Sigma公司；2,4-二硝基苯肼、石油醚、水合茚三酮、還原茚三酮、二甲基亞砜、雷氏鹽、甲醇、苯酚、硫酸、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、鹽酸、甲基紅、丙酮和乙醚等試劑均為分析純。

AL204型電子分析天平 梅特勒-托利多（上海）有限公司；FW80-1型粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；日立835-50型高速氨基酸分析儀 日本日立公司；Varian Cary 50型紫外分光光度計 美國瓦利安公司；RF-540型熒光分光光度計、CS-9000薄層掃描儀 日本島津公司；722S型可見分光光度計 上海江儀儀器有限公司；WYT手持糖量計 成都光學儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 枸杞子采集及處理

10個品種定植時按行順序排列，兼顧授粉樹的搭配，一行為一個小區，每小區20株，株行距1.5 m×2 m；4次重復。采集2012年的枸杞頭茬果，每品種每小區調查10株樹，4個小區果實混合后四分法取樣，進行果實品質測定。對鮮果進行烘干處理，制成枸杞子。

1.2.2 枸杞子外觀品質測定

干果百粒質量：果實采摘后，烘干后至質量恒定，四分法取樣100粒果實，用電子天平稱質量，3次重復，計算平均值；干果果形指數：果實采摘后，烘干后至質量恒定，四分法取樣30粒果實，用游標卡尺逐個測定果粒縱徑、橫徑，3次重復，計算縱徑與橫徑之比，取平均值；鮮干果比：果實采摘后，測定每試驗小區3株試驗樹的鮮果質量與干果質量，計算鮮果質量與干果質量比值，即鮮干果比，取平均值。

1.2.3 枸杞子營養成分檢測

對每一品種的每批枸杞子樣品進行甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物7種營養物質含量的檢測，計算其平均值。

總糖用酸水解法檢測，參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》；可溶性固形物采用折射儀法檢測，參照GB/T 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定》；還原型VC采用熒光法，參照GB/T 5009.86—2003《蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸的測定》，采用島津RF-540熒光分光光度計測定；胡蘿卜素采用紙層析法，參照GB/T 5009.83—2003《食品中胡蘿卜素的測定》，采用Cary50紫外分光光度計測定；氨基酸含量測定方法參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》，采用日立835-50型高速氨基酸分析儀測定；甜菜堿和枸杞多糖分別采用《中華人民共和國藥典》中甜菜堿和枸杞多糖含量的測定方法檢測[18]。

1.2.4 枸杞子品質分析

聚類分析法：以歐氏距離平方作為樣品測度，以枸杞子的3項外觀品質指標和7項營養物質含量指標為依據，對10個枸杞品種進行聚類分析。

主成分分析法：以供試的10個枸杞品種作為樣本單元，將枸杞子的3個外觀指標和7個營養成分含量指標作變量進行主成分分析。根據不同枸杞品種主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率，對10個枸杞品種的品質進行綜合評價。

1.3 數據處理

采用Excel建立數據庫，用SPSS 18.0軟件進行聚類分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 枸杞子品質的測定結果

10個不同品種枸杞子的3項外觀品質指標（干果百粒質量、干果果形指數、鮮干果比）和7項營養物質含量（甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物）的測定結果見表1。

表1 10個不同品種的枸杞子品質Table 1 Quality characteristics of goji berries from10 varieties

由表1可知，不同品種枸杞子10個方面的品質性狀均存在不同程度的變異現象。其中類胡蘿卜素含量在品種間的變異程度最大，變異系數為37.87%，可溶性固形物變異程度最小，變異系數僅為2.8%。從變異系數來看，不同品種枸杞子10個方面的品質性狀變異程度均不大。

2.2 枸杞子品質的主成分分析

2.2.1 數據標準化

枸杞子的10個品質性狀有不同的量綱和數量級，為了避免量綱和數量級的影響，需要對原始數據進行標準化處理，將各指標數據轉化成均值為0、標準差為1的無量綱數據。標準化方法為每一變量值與其平均值之差除以該變量的標準差。標準化結果見表2。

表2 枸杞子10個品質性狀的數據標準化值Table 2 The standardized data for 10 quality evaluation indexes

2.2.2 主成分分析

表3 枸杞子品質主成分的方差貢獻率Table 3 Variance contribution rates of principal components to the quality characteristics of goji berry

通過主成分分析得出各主成分的特征值、方差貢獻率、累積方差貢獻率（表3）和主成分載荷矩陣（表4）。其中特征值表示了對應主成分能夠描述原有信息的多少，由表3可知，前4個主成分的特征值均大于1，其中第1主成分的方差貢獻率為35.25%，第2主成分的方差貢獻率為21.99%，第3主成分的方差貢獻率為14.95%，第4主成分的方差貢獻率13.67%，累積方差貢獻率為85.87%，說明這4個主成分反映了原始變量的絕大部分信息。因此提取前4個主成分代替原10個指標評價枸杞品質。對枸杞子品質評價的指標由初始的10個方面降為4個彼此不相關的主成分，達到了降維的目的。

表4 枸杞子各品質指標的主成分載荷矩陣Table 4 The loading matrix of four principal components

表4為枸杞子的10個品質指標的主成分載荷矩陣，該矩陣反映了品質指標對此主成分負荷相對大小和作用的方向，即該指標對主成分的影響程度。由表4可見，第1主成分中載荷較高且符號為正的品質指標有氨基酸和甜菜堿，這兩個指標對第1主成分產生正向影響。其中，氨基酸載荷權數最大為0.82，其次為甜菜堿，載荷權數為0.81。載荷較高且符號為負的品質指標有總糖和可溶性固形物，載荷權數分別為：－0.80和－0.78，這兩個指標對第1主成分產生負向影響。說明第1主成分大時氨基酸含量越高，甜菜堿含量也越高，而總糖和可溶性固形物含量會降低，其他品質性狀基本不變。

第2主成分中載荷較高且符號為正的品質指標為鮮干果比，載荷權數為0.52，該指標對第2主成分產生正向影響。載荷較高且符號為負的品質指標有干果百粒質量和干果果形指數，載荷權數分別為：－0.66和－0.87，這兩個指標對第2主成分產生負向影響。說明第2主成分大時，鮮干果比指標也大，而干果百粒質量和干果果形指數兩個指標會減小。

第3主成分中載荷高且符號為正的品質指標是類胡蘿卜素，載荷權數為0.80。說明第3主成分大時，類胡蘿卜素指標也大。

第4主成分中載荷較高且符號為正的品質指標為枸杞多糖和還原型VC。說明第4主成分大時枸杞多糖和還原型VC兩個指標也大。

2.2.3 枸杞子品質的綜合評價

用各指標變量的主成分載荷（表4）除以主成分相對應的特征值開平方根，便得到4個主成分中每個指標所對應的系數即特征向量，以特征向量為權重構建4個主成分的表達函數式：

Z1=－0.279X1－0.115X2+0.093X3+0.431X4+ 0.281X5－0.427X6+0.227X7+0.182X8+0.439X9－0.417X10

Z2=－0.442X1－0.584X2+0.350X3+0.246X4+0.022X5+ 0.299X6+0.083X7+0.121X8－0.310X9+0.269X10

Z3=0.054X1+0.208X2－0.081X3+0.032X4+0.654X5+ 0.297X6－0.355X7+0.518X8－0.162X9－0.079X10

Z4=0.383X1+0.061X2+0.368X3－0.218X4－0.123X5－0.009X6+0.578X7+0.559X8－0.034X9+0.033X10

4個表達式中，X1為百粒質量、X2為果形指數、X3為鮮干果比、X4為甜菜堿、X5為類胡蘿卜素、X6為總糖、X7為枸杞多糖、X8為還原型VC、X9為氨基酸、X10為可溶性固形物。

以各個主成分對應的方差貢獻率作為權重，由主成分得分和對應的權重線性加權求和得到綜合評價函數。

F= 0.353Z1+0.220Z2+0.150Z3+0.137Z4

根據主成分綜合得分模型，可計算出10個品種枸杞子的綜合得分值和排序結果（表5）。綜合得分排在前4位的枸杞品種依次是0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號。

表5 10個品種枸杞子的主成分因子得分Table 5 Scores of the principal component factors from 10 varieties of goji berries

根據主成分載荷陣分析（表4），氨基酸和甜菜堿含量指標對第1主成分的正向影響最為顯著。由表1可知，氨基酸含量排在前3位的枸杞品種依次為：寧杞4號、0901、寧杞7號；甜菜堿含量排在前3位的也是這3個品種，但順序有所變化，依次是：寧杞7號、0901、寧杞4號。因此，這3個品種枸杞子應該在第1主成分上的得分較高。綜合評價的結果證實（表5），寧杞4號、0901、寧杞7號分別排在第1主成分得分的前3位。由于第1主成分的貢獻率最大，因此這3個枸杞品種的綜合評價結果靠前。

扁果枸杞雖然在第1主成分上的得分排在第4位，但其因鮮干果比指標較大對第2主成分的正向影響大，類胡蘿卜素含量高對第3主成分的正向影響大，還原型VC和枸杞多糖含量高對第4主成分的正向影響大，這一品種在第2、3、4主成分上的得分均排在第1，因此扁果枸杞在綜合評價排序中位于第2。

蒙杞1號的甜菜堿和類胡蘿卜素含量較低，分別對第1和第3主成分正向影響最小，而百粒質量和果形指數兩個指標最大對第2主成分的負向影響也最大，且其他指標居中或較低，因此蒙杞1號的綜合得分最低，排在所有參試品種的最后1位。

2.3 不同枸杞品種的聚類分析

根據枸杞子7項營養物質含量和3項外觀指標對10個枸杞品種進行了聚類分析，結果如圖1。依照聚類分析結果和表1中的枸杞子品質數據，10個枸杞品種可分為4類，其中蒙杞1號單獨聚為一類，其枸杞子品質特點為干果百粒質量和干果果形指數優于其他類群，但甜菜堿和類胡蘿卜素含量較低；扁果 枸杞單獨聚為一類，其枸杞子品質特點為還原型VC含量和枸杞多糖含量優于其他類群；0901、寧杞4號、寧杞7號3個品種聚為一類，其枸杞子品質特點為甜菜堿和氨基酸含量優于其他類群，但總糖和可溶性固形物含量較低；其他品種聚為一類，其枸杞子品質特點為7項營養物質含量和3項外觀指標處于居中或較低狀態。

由主成分分析中選出的4個綜合品質較高的枸杞品種，在此分別聚為了兩類，即扁果枸杞單獨為一類，0901、寧杞4號、寧杞7號3個品種為一類。

圖1 枸杞子品質聚類分析系統樹Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of goji berry quality

3 結論與討論

本實驗中10個品種枸杞子的品質性狀間存在不同程度的差異，但變異程度較低。這與現階段進行枸杞新品種培育時采用的主要育種方法，即利用自然變異選擇突變單株有關，這種方法造成了各枸杞品種間遺傳多樣性的降低。一些分子標記技術研究也證實，在分子水平上不同枸杞品種間遺傳多樣性較低[19-20]。因此為了獲得營養品質更為突出的枸杞品種，還應采用多種育種方法和手段，包括野生型枸杞與栽培品種之間的雜交育種方法和現代的人工誘變、太空育種及轉基因等方法。

聚類分析結果顯示，10個枸杞品種中，0901、寧杞4號、寧杞7號的氨基酸、甜菜堿等內在品質相近，聚為一類；其他品種也根據不同的營養和外觀特點分別聚類。可將這些不同品種的枸杞子品質特點作為育種目標性狀和枸杞子食物成分數據加以充分利用。

主成分分析結果顯示，10個枸杞品種中，0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號4個枸杞品種綜合品質較高。這一結論對聚類分析中的類群進行了排序和優選，是聚類分析結果的深入。本研究用主成分分析法將影響枸杞子品質的10個指標簡化為4個綜合指標，將多維指標變為簡單的幾維指標，減少了數據的計算工作量、簡化了數據結構、避免了原始數據信息的損失和人為的主觀隨意性[21]，主成分分析法是評價枸杞子綜合品質的一種可行方法，且用主成分分析法對各種食品品質進行綜合評價已被證實其簡便易行、結果可靠[22-25]。

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Chemical Analysis and Nutritional Evaluation of Different Varieties of Goji Berries (Lycium barbarum L.)

WANG Yi-min1, ZHANG Ke1, XU Fei-hua1, WANG Yu1, REN Xiao-wei1, ZHANG Bao-lin2
(1. School of Public Heal th, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2. Gansu Academy of Forestry, Lanzhou 730020, China)

Three appearance indexes (dry weight of 100 berries, berry shape index and fresh-to-dry ratio) and the contents of seven nutrients in 10 different varieties of goji berries (Lycium barbarum L.) were determined. Based on our analytical results, cluster analysis and comprehensive quality evaluations were carried out. The results indicated that the quality indexes of different varieties of goji berries were varied over a relatively narrow range. Cluster analysis showed that 10 varieties of goji berries could be divided into 4 classes: 1. Bianguo goji; 2 including 0901, Ningqi No.7 and Ningqi No.4; 3. Mengqi No.1; and 4 including five other varieties. For principal component analysis, four principal components were extracted, and their cumulative variance contribution rate was up to 85.87%, whi ch reflected mostly the quality characteristics of goji berries. The results of principal component analysis indicated that 0901, Bianguo goji, Ningqi No.7 and Ningqi No.4 had better overall quality among the goji varieties tested.

Lycium barbarum L.; cluster analysis; principal component analysis; quality evaluation

S567

A

1002-6630(2014)01-0034-05

10.7506/spkx1002-6630-201401007

2013-09-12

國家自然科學基金青年科學基金項目（81102205）

王益民（1967—），男，講師，博士，研究方向為營養與食品衛生學。E-mail： wangyimin@lzu.edu.cn